廢舊料粉對水泥混凝土路用性能影響分析

王璐 戶遷遷

通訊作者：王璐，1987年9月，男，漢族，北京人，現(xiàn)任北京高新市政工程科技有限公司檢測室主任，工程師，本科。研究方向：無機非金屬材料

摘要：隨著交通運輸經(jīng)濟的快速發(fā)展，使得公路使用頻率不斷提升，早期以瀝青路面建設(shè)為主的路面已大量進入維修養(yǎng)護階段，因此產(chǎn)生的廢舊瀝青材料再生利用成為了備受關(guān)注的問題，迅速產(chǎn)生的廢舊輪胎成為了污染環(huán)境的新污染源。而我國現(xiàn)階段道路建設(shè)中主要應(yīng)用水泥混凝土，水泥混凝土成為了用量最大、最廣泛的建筑材料之一，而且人們對于混凝土材料的質(zhì)量要求也越來越高，經(jīng)研究表明，在水泥混凝土土路面中，廢舊的橡膠顆?？杉尤肟梢杂行У母纳扑嗷炷恋淖冃文芰Σ睢㈨g性小等缺陷。因此，本文主要探討廢舊橡膠顆粒在水泥混泥土路面材料中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：廢舊橡膠顆粒粉料;水泥混凝土路;性能影響

Abstract： With the rapid development of transportation economy， the frequency of highway use is increasing. The early asphalt pavement construction has entered the maintenance stage. Therefore， the recycling of waste asphalt materials has become a hot issue. The waste tire which is produced rapidly has become a new source of environmental pollution. At present， cement concrete is mainly used in road construction. Cement concrete has become one of the most widely used building materials. Moreover， the quality requirements for concrete materials are also getting higher. Studies have shown that in cement concrete pavement， waste rubber particles can be added to effectively improve defects such as poor deformability and low toughness of cement concrete. Therefore， this study mainly discusses the application of waste rubber particles in cement concrete pavement materials.

Keywords： Waste rubber particles; cement concrete road; performance impact

一、前言

廢舊輪胎橡膠顆粒的再利用，在利用廢舊資源的項目當(dāng)中屬于一個新的課題，它主要是實現(xiàn)對廢舊汽車輪胎的再利用，從而實現(xiàn)資源的節(jié)約，并有效促進混凝土性能的改善。因此，廢舊輪胎橡膠顆粒的再利用具有非常重要的意義。同時，它也是發(fā)展我國的水泥混凝土路面的客觀需求。

早期我國用的瀝青混凝土，隨著油價的變化而變化，呈上漲趨勢，而我國的水泥價格卻一直屬于穩(wěn)定狀態(tài)，所以，如果修建水泥混凝土道路，那么就能夠節(jié)約許多成本，且低于瀝青混凝土道路的建設(shè)成本。同時，在選用集料、混合料伴等方面投資也比瀝青混凝土路面的少。在相同的條件設(shè)計下，瀝青混凝土路面的使用壽命差不多小于水泥混凝土路面的1倍[1]。

國外相關(guān)研究資料表明，水泥混凝和瀝青混凝土路面在經(jīng)濟運營方面，顯著優(yōu)于瀝青混凝土路面，而且行駛在水泥混凝土路面的車輛，運營耗油量要節(jié)省瀝青混凝土路面10%左右[2]。因此，大力建設(shè)水泥混凝土路面道路，可打破我國目前修建公路時投入高的情況，從而實現(xiàn)資源及能源的有效節(jié)約。處理大量的廢舊輪胎，把橡膠顆粒大規(guī)模的應(yīng)用到水泥混凝土路面中，還能緩解我國越發(fā)嚴(yán)重的“黑污染”問題。

二、試驗的材料和方法

因為，水泥混凝土加入橡膠顆粒后，其力學(xué)性能直接關(guān)系到我剛道路建設(shè)的前景，因此，對不同橡膠顆粒摻量下水泥混凝土的力學(xué)性產(chǎn)生的變化做了以下實驗，并進行探討，為找尋最佳的橡膠顆粒提供有利的證據(jù)。

（一）原材料的試驗

1.水泥。

2.集料：普通的砂石2.600g/cm3的密度表現(xiàn)為2.14的細(xì)度模數(shù)。最大粒徑為19mm的碎石，密度表現(xiàn)為2.740g/cm3。

3.橡膠顆粒：平均粒徑選擇為4mm的粗顆粒橡膠，平均粒徑選擇為0.6mm的細(xì)顆粒橡膠，密度大約控制在約1.0g/cm3。

4.界面溶劑的處理：自來水，NaOH，硅烷偶聯(lián)劑[3]。

5.實驗配合比與方法：

（1）水泥砂漿抗壓強度的大小對橡膠界面的改性進行評價，以及對混合料性能產(chǎn)生的影響。比例為：水灰0.5的比例;砂率1：3;橡膠為10%等體積，替代河沙。具體配比見表1。

（2）選擇不同的粗橡膠顆粒摻量（共8種）體積，替代砂石，并對摻量力學(xué)、基質(zhì)混凝土性能的不同之處進行研究。基質(zhì)水泥混凝土配比為：水泥、砂、碎石、水，比例為1：1.13：2.90：0.43，不同摻量水泥混凝土配比[4]，如表2。

尺寸為100mm×100mm×100mm立方體的抗壓強度試件;尺寸為100mm×100mm×400mm棱柱體抗折強度試件，每一組的試件有三個，試件成型與水泥砂漿成型的方法一樣，試件進行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護一周以后，對抗壓、抗折強度分被進行測定[5]。

（二）橡膠界面的處理方法和效果

界面的黏結(jié)強度決定了復(fù)合材料的整體強度，膠粉不具有能夠化水的能力。所以，不能夠和水泥生成水化產(chǎn)物，只能起到填充;膠粉與水泥砂漿進行比較的話，橡膠的彈性模量沒有水泥砂漿高，因此，增加了水泥砂漿試件的弱點，導(dǎo)致抗壓強度下降。所以，對于橡膠表面的處理，可以提高橡膠和水泥砂漿的黏結(jié)性，從而提高水泥砂漿試件的抗壓強度。

1.處理的方法

本實驗有三種處理方法：

（1）直接用水洗處理橡膠，然后對橡膠進行過濾、晾干。

（2）可使用偶聯(lián)劑浸潤進行處理，把橡膠置放于盆里，然后滴入偶聯(lián)劑滴，一邊滴入以便對橡膠進行攪拌，直到橡膠的表面全部浸潤，再停止，最后晾干橡膠顆粒。

（3）氫氧化鈉濃度為1%、5%、10%、20%的溶液浸泡處理，按照定好的百分比配比溶液，浸泡、攪拌，處理完橡膠以后，再進行晾干。處理的過程中會看到，橡膠顆粒的表面比較潤滑，晾干了以后，表面會呈現(xiàn)為白色，氫氧化鈉的濃度增加，顏色也會越來越白[6]。

2.橡膠的表面改性和水泥砂漿產(chǎn)生的影響，如表3所示。

（三）橡膠水泥的力學(xué)性能

1.橡膠水泥的抗壓強度

混泥土的基本力學(xué)性能指標(biāo)是抗壓強度，不同橡膠的摻量下的水泥混凝土抗壓強度，見表4。

2.選擇濃度為1%的氫氧化鈉溶液，橡膠顆粒試件的抗壓強度最高

（1）偶聯(lián)劑和氫氧化鈉的殘留，會影響到水泥砂漿試件抗壓強度的高低。

（2）使用水洗處理方法時，試件的抗壓強度同樣也相對比較高，且該方法簡便操作、成本比較低，比較實用于實際的工程中。

（3）橡膠顆粒的摻入隨著增加，混凝土的抗壓、抗折強度均有下降趨勢;但是，應(yīng)變被破壞的時候，應(yīng)變卻是呈現(xiàn)出上升的趨勢[7]。

因此，可以從以上的試驗中可看出，橡膠的表面采用水洗、偶聯(lián)以及氫氧化鈉溶液進行處理，針對4mm粗橡膠顆粒和0.3細(xì)橡膠顆粒提出最佳的處理辦法。同時，還對不同摻量的橡膠顆粒作為細(xì)橡膠顆粒代替一部分的河沙對水泥混凝土抗壓、抗哲學(xué)強度的力學(xué)性能的影響以及破壞時的應(yīng)變大小的影響。

經(jīng)過試驗表明，混凝土的抗壓和抗折強度隨橡膠量的增加，都呈現(xiàn)出下降的趨勢，例如其中橡膠顆粒等體積代替河砂70%時，7天抗壓強度和抗折強度同時都下降大約50%左右，但是破壞混凝土?xí)r的最大應(yīng)變能力提高到65左右，表現(xiàn)出來橡膠顆粒的變形能力和韌性能力。

三、橡膠混凝土的特性

橡膠顆粒與普通混凝土的溫度線膨脹系數(shù)，較為接近，把橡膠顆粒摻入到混凝土中以后，它能夠與鋼筋共同協(xié)調(diào)工作，其主要特性有：橡膠顆粒的表面比較粗糙、可以不透水、具有較好的彈性;黏結(jié)性形態(tài)與水泥漿體混合后比較好，可以均勻的混凝土內(nèi)部形成可以伸縮顆粒群體;可降低混凝土的彈性模量，增加變形的能力等優(yōu)勢。

混凝土可以因水化、干燥時，產(chǎn)生收縮和變形，橡膠顆粒把部分的收縮能量吸收后，降低了收縮應(yīng)力，可使開裂的時間推遲延后?；炷猎趶澢^程當(dāng)中，橡膠顆?？梢猿惺芤徊糠值暮奢d，阻止微裂縫繼續(xù)擴展，阻擋提前產(chǎn)生的新裂縫，提高變形能力，并且還表現(xiàn)出較為顯著的延緩性特征[8-9]。

橡膠顆粒具有彈簧一樣的性能，可以對混凝土的空隙進行填充，協(xié)助混凝土受力，同時，還可以延緩一部分混凝土的分應(yīng)力，約束著對微縫隙的繼續(xù)發(fā)展，一定程度上還可改善混凝土路面韌性、抗沖擊性。

橡膠顆粒具有的彈性能力，它在混凝土內(nèi)部廣泛的分布著，水結(jié)成冰的時候，體積可以膨脹，可提供空間;冰融化成水的時候，彈性又可恢復(fù)。從而提高了混凝土的抗凍性。

混凝土路面的耐久性能等受到影響，主要是因混凝土內(nèi)部孔隙的結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致，而在混凝土里面摻入橡膠粉，可以改善混凝土的內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)等，從而提高了耐久性能。

橡膠顆粒和普通混凝土進行比較，它屬于熱的不良導(dǎo)體，因此它土具有導(dǎo)熱的相對速度比較慢、溫度的系數(shù)也相對比較低、摻量越大，導(dǎo)溫的速度就越慢，溫度系數(shù)就越低等等特點，有利于混凝土路面的隔熱，從而在最大程度上減少混凝土路面，因外界的溫度導(dǎo)致路面變形、開裂等問題[10]。

四、橡膠混凝土路面的應(yīng)用前景

現(xiàn)階段人們對水泥混凝土路面的強度高低的要求越來越高，從而導(dǎo)致橡膠混凝土的大范圍應(yīng)用和發(fā)展受到了限制。因此，如果要使用橡膠混凝土，首先就需要控制好橡膠顆粒的摻量以及改性劑[11]。此外，在修剪道路的工程中，使用橡膠顆粒，還可以從其他方面嘗試，例如人行道、鐵路軌枕等方面，可以根據(jù)混凝土的前度登記，選擇適量的橡膠顆粒個改性劑，大規(guī)模摻入橡膠顆粒使用的實現(xiàn)，會有比較好的應(yīng)用前景。

五、結(jié)論

目前，我國在對廢舊橡膠顆粒用于水泥混凝土路面中，還屬于剛剛起步的階段，主要研究是對橡膠顆粒的強度、耐久性能等方面，對于宏觀、微觀性能的研究相對比較少[12]。因此，應(yīng)用橡膠混凝土的首要條件就是，完善并建立理論體系以及研究方法，這才是能夠解決橡膠顆粒在水泥土路面應(yīng)用中，存在的根本問題。它對深入的研究有著十分重要的科學(xué)、實際應(yīng)用的價值。

參考文獻

[1]司曉煒.公路工程中的橡膠水泥混凝土動態(tài)力學(xué)性能分析[J].公路工程， 2017，42（4）：242-245.

[2]蔣旭，甘崇寧，常霞俊，華濤，蔣英俠.網(wǎng)紋彩涂板紋路影響因素研究[J].涂料工業(yè)， 2017，47（12）：20-24.

[3]Nursyamsi，William Liang.The analysis of lightweight brick strength pressure with mixture of glass powder and silica fume[J].IOP Conference Series Earth and Environmental Science， 2018，126（1）：012037.

[4]姚明來，饒碧玉，劉秦南.粉煤灰對再生骨料混凝土抗壓性能影響研究[J].水泥工程， 2017，30（3）：86-88.

[5]葉友志.建筑垃圾粉土對水泥砂漿性能影響的研究[J].河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報， 2017，17（4）：55-56.

[6]李洪軍，丁慶軍，趙明宇.CAE混凝土性能研究[J].公路工程， 2017，42（1）：290-294.

[7]Ramadass GA， Vedachalam N， Umapathy A， Ramesh R， Balanagajyothi V. Finite Element Analysis of the Influence of Ambient Temperature Variations on the Performance of Fiber Optic Gyroscope Sensing Coils[J].Mar Technol Soc J 2017，51（1）：16-22.

[8]楊平，虞將苗，張保才，張東迎，劉漢，唐峰，趙培全，許冬冬.集料-瀝青界面改性劑及改性工藝對瀝青混合料路用性能的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版）， 2017，41（6）：1033-1036.

[9]司曉煒.公路工程中的橡膠水泥混凝土動態(tài)力學(xué)性能分析[J].公路工程， 2017，42（4）：242-245.

[10]嚴(yán)秋榮，彭齊騰.裝配式水泥混凝土路面圓企口應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2017，36（11）：28-32.

[11]H.A.Abdel-Gawwad， E.Heikal， H.El-Didamony， F.S.Hashim， Aya.H. Mohammede.Recycling of concrete waste to produce ready-mix alkali activated cement[J]. Ceram. Int. 2018，44（6）：7300-7304.

[12]洪安娥.水泥混凝土路面的試驗檢測要點[J].黑龍江交通科技， 2017，40（6）：184-184.